CN104849248A - 一种用于机械开挖作用下岩石损伤特征识别的测试方法 - Google Patents

Abstract

一种用于机械开挖作用下岩石损伤特征识别的测试方法，属于岩石损伤测试技术领域。本发明包括以下步骤：用水磨金刚砂轮对岩样剖面进行打磨抛光，将颗粒粒径为5-7μm荧光粉与甲基苯烯酸甲酯混合制备成荧光混合液，将荧光混合液均匀涂抹于抛光处理后的岩样剖面，采用紫光灯照射岩样剖面并采用数码单反相机进行拍照，获得荧光效果图，传输至计算机进行机械开挖作用下岩石损伤特征识别。本发明构思新颖、科学，解决了现有方法无法直观、有效地反映机械开挖作用下岩石裂纹扩展特征的问题，可适用于室内或现场机械破岩方式下(盘型滚刀、镶齿滚刀、刮刀等)岩石损伤程度及范围测试。

Description

一种用于机械开挖作用下岩石损伤特征识别的测试方法

技术领域

本发明属于岩石损伤测试技术领域，涉及一种测试方法，特别涉及一种显示机械开挖作用下岩石裂纹扩展特征、判别机械开挖作用下岩石围岩损伤程度及范围的方法。

背景技术

岩体机械开挖(盘型滚刀、镶齿滚刀、刮刀等)开挖过程中，围岩损伤特征(包括开挖损伤区范围及损伤程度)是影响其后期围岩支护、隧道长期稳定性及运行安全性的重要因素；尤其针对核废料深地质处置工程而言，开挖损伤区的裂隙将构成核素迁移的通道，对于处置工程的运行和长期性能至关重要。因此，需对不同开挖方式下围岩损伤特征开展系统研究。尤其对于重要的地下工程开挖方式之一TBM开挖法，其掘进时导致的围岩损伤主要由TBM刀盘上的滚刀作用产生。然而针对硬岩岩石，目前无论是室内线性切割试验，还是现场试验，对TBM滚刀作用下岩体损伤特征鲜有探讨。由于机械破岩盘型滚刀、镶齿滚刀、刮刀等)后岩石裂隙张开度极为细小，肉眼无法辨识，且借助现有的测试方法难以直观、有效识别岩体开挖损伤，导致目前对机械开挖作用下岩石的损伤特征仍缺乏完整的认识。因此研制一种能够直观显示机械开挖作用下岩石裂纹扩展特征、识别机械开挖作用下岩石围岩损伤程度及范围的方法是急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种直观显示机械开挖作用下岩石裂纹扩展特征、判别机械开挖作用下岩石围岩损伤程度及范围的试验方法。

本发明需要解决的技术问题为：由于在机械开挖作用下岩石损伤区的裂隙张开度细小，现有技术无法直观、有效地反映机械开挖作用下岩石损伤特征，直接影响围岩损伤相关研究的进展以及测试结果实际应用的科学性。

本发明的技术方案如下所述：

一种用于机械开挖作用下岩石裂纹扩展特征及损伤范围识别的测试方法，其步骤如下：

步骤1.岩石剖面打磨

将花岗岩岩样沿垂直于观察方向切割开；用水磨金刚砂轮对岩样剖面进行打磨，直至抛光。

步骤2.制备荧光混合液

将荧光粉与甲基苯烯酸甲酯按饱和溶液1-2倍浓度混合、搅拌，制备成荧光混合液；

混合、搅拌，制备成荧光混合液。

步骤3.涂抹荧光混合液

将抛光处理后的岩样剖面朝上水平放置，将制备好的荧光混合液立即均匀涂抹在抛光处理后的岩样剖面上.

步骤4.裂纹显像

将已涂抹荧光混合液的岩样剖面，并静置6-12h，使荧光混合液沿岩样剖面的裂隙渗入到岩样内部；

用干棉布条将岩样剖面上析出的荧光粉拭去；

暗室条件下，佩戴紫光防护眼镜，用波长365nm的紫光灯照射岩样剖面，此时岩样剖面的裂隙内荧光粉在紫光灯照射下呈亮色，岩样剖面完整无裂隙的表面在紫光灯照射下呈暗色。

步骤5.拍照分析

用数码单反相机拍摄紫光灯照射下的岩样剖面荧光效果图，并传输至计算机，即可在计算机屏幕上观察岩样剖面的裂纹分布情况。

作为优选方案：步骤1中，依次用50目、100目、200目、400目、800目、1500目水磨金刚砂轮对岩样剖面进行打磨，直至抛光。

作为优选方案：步骤2中，制备荧光混合液所使用的荧光粉，其颗粒粒径为5-7μm；溶剂为甲基苯烯酸甲酯。

步骤4中，涂抹荧光混合液的岩样剖面，需静置6-12h再进行下一步操作。

步骤4中，需在暗室环境下，(例如在洗照片的暗室即可)进行裂纹显像。

本发明的要点在于它构思的创新性，把颗粒直径为5-7μm的荧光粉与甲基苯烯酸甲酯混合，混合液可渗入到张开度极小的花岗岩岩体裂纹中，并在工业紫光灯(波长365nm)照射下可显现岩石损伤特征，其荧光效果图可直接显示滚刀作用下裂纹张开度、围岩损伤程度及范围。

本发明的有益效果如下所述：

(1)本发明的一种用于机械开挖作用下岩石损伤特征识别的测试方法，能够准确实现对机械开挖作用下岩石损伤特征识别的测试工作。

(2)本发明的一种用于机械开挖作用下岩石损伤特征识别的测试方法，能够直观显示机械开挖作用下岩石损伤特征结果。

(3)本发明的一种用于机械开挖作用下岩石损伤特征识别的测试方法，可适用于室内或现场机械破岩方式下岩石损伤程度及范围测试。

(4)本发明的一种用于机械开挖作用下岩石损伤特征识别的测试方法，操作方便、测试便捷，而且测试结果准确可靠。特别适合于花岗岩、硬岩岩石、混凝土类准脆性材料的损伤测试。

附图说明

图1为本发明方法测试技术流程图。其中，1-岩样剖面，2-荧光粉，3-甲基苯烯酸甲酯，4-荧光混合液，5-紫光灯，6-相机，7-荧光效果图，8-计算机。

其中(1)岩石剖面打磨，(2)制备荧光混合液，(3)涂抹荧光混合液，静置，(4)裂纹显像，(5)拍照分析。

图2为本发明方法测试前后效果对比图。

其中(1)测试前；(2)测试后。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种用于粗糙裂隙岩体渗透性能测试的试验方法进行详细说明，以TBM滚刀作用下北山花岗岩裂纹扩展特征及损伤范围识别的测试为例，其步骤如下：

步骤1.岩石剖面打磨

将TBM滚刀作用后的花岗岩岩样沿垂直于观察方向切割开；

依次用50目、100目、200目、400目、800目、1500目水磨金刚砂轮对岩样剖面进行打磨，直至抛光。其中，打磨抛光的过程中，较小目数(50、100、200、400)水磨金刚砂轮打磨时间较长大约45分钟，其目的为较小岩样表面粗糙对荧光效果的影响。较大目数(800、1500)水磨金刚砂轮打磨时间大约30分钟。打磨时间可根据岩石不同特征做适当调整。

步骤2.制备荧光混合液

将颗粒粒径为5-7μm级荧光粉2与甲基苯烯酸甲酯3按高于溶液饱和比例1-2倍混合、搅拌，制备成荧光混合液4。

步骤3.涂抹荧光混合液

将抛光处理后的岩样剖面1朝上水平放置，将制备好的荧光混合液4立即均匀涂抹在抛光处理后的岩样剖面1上.

步骤4.裂纹显像

将已涂抹荧光混合液4的岩样剖面1，并静置6-12h，使荧光混合液4沿岩样剖面的裂隙渗入到岩样内部；

用干棉布条将岩样剖面1上析出的荧光粉3拭去；

在暗室环境下，佩戴紫光防护眼镜，用波长365nm的紫光灯5照射岩样剖面1，此时岩样剖面1的裂隙内荧光粉3在紫光灯5照射下呈亮色，岩样剖面1完整无裂隙的表面在紫光灯5照射下呈暗色。

步骤5.拍照分析

用数码单反相机6拍摄紫光灯5照射下的岩样剖面1得到荧光效果图7，并传输至计算机8，即可在计算机8屏幕上观察岩样剖面的裂纹分布情况，识别TBM滚刀作用下花岗岩损伤特征。

Claims (3)

1.一种用于机械开挖作用下岩石损伤特征识别的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1.岩石剖面打磨

将花岗岩岩样沿垂直于观察方向切割开；岩样剖面(1)经磨平抛光；

步骤2.制备荧光混合液

将颗粒粒径微米级荧光粉(2)与甲基苯烯酸甲酯(3)按饱和溶液浓度的1-2倍浓度混合、搅拌，制备成荧光混合液；

步骤3.涂抹荧光混合液

将抛光处理后的岩样剖面(1)朝上水平放置，将制备好的荧光混合液(4)立即均匀涂抹在抛光处理后的岩样剖面(1)上.

步骤4.裂纹显像

将已涂抹荧光混合液(4)的岩样剖面(1)，并静置6-12h，使荧光混合液(4)沿岩样剖面的裂隙渗入到岩样内部；

用干棉布条将岩样剖面(1)上析出的荧光粉(3)拭去；

在暗光环境下，佩戴紫光防护眼镜，用波长365nm的紫光灯(5)照射岩样剖面(1)，此时岩样剖面(1)的裂隙内荧光粉(3)在紫光灯(5)照射下呈亮色，岩样剖面(1)完整无裂隙的表面在紫光灯(5)照射下呈暗色；

步骤5.拍照分析

用数码单反相机(6)拍摄紫光灯(5)照射下的岩样剖面(1)得到荧光效果图(7)，并传输至计算机(8)，在计算机(8)屏幕上观察岩样剖面的裂纹分布情况，识别花岗岩损伤特征。

2.根据权利要求1所述的一种用于机械开挖作用下岩石损伤特征识别的测试方法，其特征在于：步骤1中，所述岩样剖面(1)依次用50目、100目、200目、400目、800目、1500目水磨金刚砂轮对岩样剖面(1)进行打磨，直至抛光。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于机械开挖作用下岩石损伤特征识别的测试方法，其特征在于：步骤2中，制备荧光混合液(4)所使用的荧光粉(2)，其颗粒粒径为5-7μm。